三星“死磕”台积电(TSM.US)

本文转自微信公众号“半导体行业观察”。

近几年，英伟达(NVDA.US)的GPU成为了市场明星，特别是推出的新品，非常抢手，被各应用市场客户争抢，特别是该公司于今年9月推出的GeForceRTX30系列，行情非常紧俏，最近一直处于断货状态，特别是要获得RTX3090和RTX3080非常困难，而中端的RTX3070有时会有库存，但由于需求增加，很快也会售罄。对此，据中国台湾媒体Digitimes报道，之所以如此，是因为三星Foundry的8nm制程产能不足导致的。不过，该消息没有得到三星官方的证实。

英伟达最新的GeForceRTX30系列GPU采用了三星的8nmLPP(LowPowerPlus)制程工艺，9月份，随着这一新产品所采用制程的发布，再一次引起了业界的关注，因为三星的8nmLPP制程工艺的直接竞争对手就是台积电(TSM.US)的7nm制程，这两大Foundry的制程技术和客户争夺战，一直都是业界关注的焦点。此次，人们不禁要发问，英伟达为何采用的是三星8nm制程，而不是台积电的7nm呢?

这还要从三星正式推出8nm制程说起。2017年5月，三星电子半导体事业部在美国圣克拉拉举行的三星代工论坛上，公布了其未来几年的制程工艺路线图，其中，8nm首次正式亮相。当年10月，三星即宣布已完成8nmLPP工艺验证，具备量产条件。

8nmLPP并没有使用EUV技术，因此，其成本得到了很好的控制。该工艺是三星基于10nm改进而来的，可以提供更好的性能表现以及更高逻辑门密度，效率提升了10%，芯片面积减小10%。与7nm制程相比，8nmLPP有明显的成本优势，但在PPA(性能、功耗、面积)方面，还是有一定差距的。

除了英伟达，AMD的市场表现也非常抢眼，该公司的CPU和GPU市场率节节攀升，因此，AMD也加大了从台积电的下单量，并有望成为后者7nm制程的第一大客户。那么，在主要竞争对手AMD已经全线采用台积电7nm制程的情况下，英伟达为何不采用三星的7nmEUV工艺呢?

对此，英伟达和三星表示，虽然是8nm制程，但是在双方的深度合作下，最大程度地挖掘出了该工艺的性能潜力，与过去的8nm制程相比，RTX30系列使用的8nmLPP工艺性能提升了10%，从而拉近了与7nm制程的差距。

那么，三星的8nm与台积电的7nm制程究竟有何不同呢?

7nm是10nm之后的“武林正宗”，8nm制程工艺本质上是10nm++++。在这一点上，三星将英特尔10nm的演进路线进一步发扬光大了。

8nm更像是三星研发7nm过程中的中间产物，其性能必然不如7nm。8nm制程工艺结构面积要比10nm工艺结构要小一圈，带来的好处就是降低功耗，提高能效比。

晶体管密度方面，台积电的7nm芯片每平方毫米有9600万个晶体管，三星的8nm制程芯片的晶体管密度为6100万，两者相差40%。

另外，三星于2019年推出了7nmEUV工艺，当时，据称其晶体管性能比该公司8nm制程的提高了20%~30%，能耗减少了30%~50%，而且，其价格也比台积电的7nm便宜。不过，在实际应用当中，三星的7nmEUV在整体性能上与其8nm制程相比，提升幅度并不是很大。这或许也是英伟达采用了三星8nm制程，而非7nm的一个原因吧。

总体来看，英伟达RTX30系列采用三星的8nm制程，成本是其主要考量因素。具体来看，如果采用台积电7nm制程，那么一片12英寸的晶圆价格在8000-10000美元之间，而采用三星8nm制程，对于英伟达而言，成本可降低30%或更多。这可以帮助其压低RTX30系列GPU的市场价，从而在与AMD等主要对手的竞争中拿到更多的砝码。

另外，7nm，特别是台积电的7nm制程工艺产能非常紧张，难以满足英伟达大量订单的需求，也是其选择采用三星8nm制程的一个原因。

三星的8nm芯片

自从三星推出8nm制程之后，由于其性价比较高，订单也在稳步增加，在此次接单英伟达RTX30系列GPU之前，还有其它一些芯片也采用了该制程工艺。

2018年11月，三星发布了采用8nm制程的Exynos9820处理器，这是基于10nm制程的Exynos9810的后继产品，被用于韩版三星Galaxy智能手机，如S10和S105G。

2019年9月，三星发布了首款集成5G能力的处理器Exynos980，采用的也是8nm制程。Exynos980是三星推出的首个5G集成SoC。

高通方面，其骁龙730和骁龙730G芯片，也采用了8nmLPP制程工艺，不过不支援5G。另外，骁龙765和骁龙765G移动平台，也采用了三星8nm工艺制造。

另外，在矿机领域，用到的先进制程也很多，例如，蚂蚁与神马矿机，就采用了台积电7nm和三星的8nm。台积电7nm性能占优，但因为客户太多，因此产能与价格上有劣势。相比之下，三星的8nm虽然性能差一些，但成本低很多，除了供给三星手机外，矿机出货量较大。据悉，嘉楠也由台积电7nm转向了三星的8nm。

台积电7nm更胜一筹

与三星的8nm相比，台积电的7nm制程，在市场影响力方面有明显优势。不久前，该公司宣布截止到7月，其7nm良品芯片(gooddie)累计出货量已超过10亿颗。同时，台积电优化7nm制程后推出的6nm已经开始进入生产阶段，并采用EUV技术取代部份浸润式光刻掩模。苹果、高通、联发科、AMD、赛灵思、博通等均是台积电7nm客户。

据悉，台积电的大部分客户已经大幅追加了第四季度7nm订单，使得台积电7nm产能满载。

在过去两年里，因客户需求非常强烈，其产能得到快速提升，预估2020年7nm产能将是2018年的3.5倍。

2020年第二季度的财报显示，与去年同期相比，台积电收入增长了28.9%，而净收入和稀释后的每股收益均增长了81.0%。与2020年第一季度相比，第二季度的收入结果基本持平，净收入增长3.3%。其中，7nm的出货量占晶圆总收入的36%，而16nm的出货量占18%。在今年第二季度，7nm为台积电带来的利润最多。

据产业链消息人士透露，台积电计划将7nm制程工艺的月产能提升到13万片晶圆，并努力在年底提升至14万片。

如前文所述，英伟达将最新的RTX30系列GPU交由三星采用8nm代工生产，而前者的主要竞争对手AMD则在大力挖掘台积电的7nm产能。

在过去的两三个月内，同英伟达类似，AMD也出现了缺货的情况，而Ryzen4000型APU的情况尤为明显。在被问及AMD的产能与供应情况时，该公司CEOLisaSu(苏妈)表示：“我们有一个强大的供应链。我已经在之前说过了，在此就再强调一遍，7nm供应非常紧张，我们仍然在紧密地和台积电合作，以确保我们能够满足客户们的需求。但产能非常紧，我想表达的是，随着我们继续增加产能，我们能够看到的机会就越多。”

从中我们可以看出，AMD在旗下7nm芯片批量上市一年多后，仍然受到产能问题的困扰，即便苹果这种超级大客户的订单已全面转为5nm，其腾出的7nm产能仍然无法满足所有客户。另外，台积电在上个季度的环比收入增长只有0.8%，这也从侧面证明其产能已经接近极限。

为了在英特尔7nm芯片进展延迟的情况下更快占领处理器市场，AMD加大了对台积电7nm制程的下单量，预计2021全年7nm芯片的订单将增加到20万片，与今年相比增加一倍，有望在2021年成为台积电7nm芯片的最大客户。

结语

近几年，三星欲赶超台积电的愿望越来越强烈，其在先进制程方面也在紧跟，且不断加大投入，不过，从7nm和8nm这一组制程节点的市场影响力来看，台积电依然处于优势地位，而最新量产的5nm，成为了新的争夺焦点，台积电有苹果这一大客户保驾护航，而三星拿下了高通最新的骁龙888。在接下来的两三年里，3nm、2nm将成为更具看点的制程，目前来看，三星很有希望在3nm节点处填平与台积电之间的制程代沟。